RF混频器及其在3G无线基站接收器中的应用

1 引言

凌特公司(Lineat Technology)推出的LT5527型高线性度有源下变频RF混频器能大幅降低3G蜂窝基站的成本并简化其设计。LT5527 RF混频器具有3.7 GHz的最高工作频率，在1.9 GHz时，LT5527具有23.5 dBm的IP3(输入3阶截取)线性度、2.3dB转换增益和12.5 dB噪声指标，符合3G蜂窝基站和其他高性能无线基站接收器的动态范围要求。LT5527的本机振荡器(LO)和RF输入以单端方式工作，具有内置50Ω 阻抗，只需很少外部匹配器件，可降低基站成本和缩短设计时间。此外，LT5527内包含1个低噪声LO缓冲器，允许工作于-3 dBm LO驱动功率，解决了RF隔离难题，无需外部滤波电路。

LT5527工作于400 MHz~3.7 GHz的宽频率范围，该范围覆盖850 MHz蜂窝频带、1.9 GHz~2.1GHz W-CDMA及UMTS频带，也覆盖了工作于450MHz、2.4 GHz和3.5 GHz频带的其他高性能无线设备。LT5527在RF和L0输入端都有片上RF变压器。这些变压器方便了50 Ω阻抗匹配，并使输入能以单端方式工作。

2 LT5527的主要特性及引脚功能

2.1 LT5527的主要特性

LT5527采用单5 V工作电源，典型工作电流为78 mA。它可用EN引脚关断。关断时，最高消耗100μA静态电流。LT5527采用16引脚4 mmx4mm QFN封装。LT5527的主要特性如下：

●50Ω单端式的RF和L0;

●高输入IP3：0.9 GHz时的输入IP3为+24.5dBm，1.9 GHz时的输入IP3为+23.5 dBm;

●0.9 GHz时的转换增益为3.2 dB，1.9 GHz时的转换增益为2.3 dB;

●低噪声：O.9 GHz时的噪声指标为11.6 dB，1.9 GHz时的噪声指标为12.5 dB;

●高L0-RF及LO-IF隔离;

●L0至RF泄漏为-44 dBm;

●工作电压范围为4.5 V~5.25 V。

2.2 LT5527的引脚功能

LT5527由高线性双平衡混频器、RF缓冲放大器、高速限幅LO缓冲器及偏置/使能电路构成，RF和L0输入以单端方式工作，IF输出是差分输出，低端LO和高端LO注入均可用。LT5527的外引脚排列如图1所示，内部结构如图2所示，各引脚的功能如下所述。

NC(1，2，4，8，13，14，l 6)：这些引脚内部不连接，与电路板的地相接，以改善LO至RF及LO至IF之间的隔离。

RF(3)：RF信号输入端，该引脚内部与RF输入变压器的初级相连。若RF信号源不被DC阻隔，则需串联一耦合电容器。在1.7 GHz~3 GHz之间，RF输入由内部匹配。400 MHz，3 700 MHz都需外部匹配。

EN(5)：使能端，当输入使能电压超过3 V时，混频器电路通过6、7、10和11启动。当输入电压低于0.3V时，所有的电路都不工作。EN=5V时的典型输入电流为50 mA，EN=0 V时，电流为0μA。即使在启动时，EN端的电压也不应超过Vcc0.3V。

Vcc2(6)：偏置电路的电源输入端，电流消耗为2.8mA。该端外部接至Vcc1端，并接l 000 pF及1μF的耦合电容器。

Vcc1(7)：LO缓冲器的电源端，电流消耗为23.2mA。该端外部接至Vcc2端，并接l 000pF及1μF的耦合电容器。

GND(9，12)：地端，该端和底板地相连以增强隔离度，也是电路板上的RF地。

IF-，IF+(10，11)：IF信号差分输出，需进行阻抗变换以实现输出匹配。这些端子通过阻抗匹配电感器、RF扼流圈或变压器中心抽头与Vcc相连。

LO (15)：本地振荡器的单端输入，该端内部与L0变压器的初级相连。在1.2 GHz～5 GHz之间，LO输入可内部匹配，在380MHz以下工作时需简单的外部匹配。

Exposed Pad(17)：整个电路地的返回端，必须焊接至印刷电路板的接地面。

3 LT5527的应用电路设计

图3示出由混合变压器构成的lF匹配电路,以达到最低LO-IF泄漏和最宽的IF带宽。图4示出由1个离散的IF不平衡变压器代替IF变压器的电路，以降低成本和缩小尺寸，尽管离散的IF不平衡变压器也有较理想的噪声系数、线性度及较高的转换增益，但是LO-IF泄漏降低，IF的带宽减小。

3.1 RF输入端的设计

RF输入端由1个集成变压器和一个高线性差分放大器组成，变压器的初级与RF输入端(引脚3)和地连接，变压器的次级内部与差分放大器输入端连接。

变压器初级的一端内部和地连接，如果RF源有DC电压，则在其输入端接入耦合电容器。在1.7GHz~3 GHz之间，RF输入可由内部匹配，在这个频率范围不需要外部匹配。频带边沿输入回波损耗的典型值为10 dB。

在低频带边沿的输入匹配电路中，串联的最佳电容器的值是2.7 pF(引脚3)，以改善1.7GHz的回波损耗(>20 dB);同样，为改善2.7GHz的回波损耗(>30dB)，其匹配串联的最佳电感器感值是1.5 nH。同时，串联1.5nH/2.7 pF匹配网络使频带的边沿更理想，并将RF的输入带宽扩大至1.1 GHz~3.3 GHz。

在400 MHz低频处或3.7GHz处，RF输入匹配网络在原有基础上增加并联电容器C5，如果450